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快速稳健的自适应波束形成算法研究

邓欣  
【摘要】: 阵列信号处理广泛应用于雷达、声纳、通讯、地震勘探、射电天文、医学成像等多种军事和国民经济应用领域。但是,在理论上高性能的阵列处理方法实际应用中受阵列系统误差影响严重。对此,本文研究快速稳健的自适应波束形成技术。在分析阵列误差对自适应波束形成性能影响的基础上,考虑实际工程对算法计算复杂度的要求,提出两种快速稳健的自适应波束形成算法,现总结如下: 1.提出一种稳健的线性约束LMS自适应波束形成算法。期望信号导向矢量的估计不准导致传统自适应算法中期望信号被当作干扰抑制掉,严重影响系统的输出性能。本文基于导向矢量展开算法,梯度搜索真实的期望信号导向矢量,同时采用线性约束LMS算法迭代收敛得到最优权矢量。该方法中导向矢量和权矢量均能收敛到最优值,而且本文推导给出两个迭代步长的选取参考。该方法由于采用迭代算法,避开矩阵求逆运算,因此运算复杂度较低,而且计算机仿真验证了该方法对指向误差、阵元位置误差和阵元相位误差具有良好的稳健性。 2.提出基于特征空间的快速自适应波束形成算法。基于特征空间的自适应波束形成算法对阵列误差具有较好的稳健性,但存在以下问题:第一,信号子空间的获取均涉及矩阵的特征分解运算,运算量很大;第二,在非平稳环境下(干扰或阵列平台运动),我们无法获取足够的有效采样点,将导致对数据相关矩阵的估计不准确,由此得到的信号子空间与真实信号子空间相差较大,进而影响算法的性能。本文将阵列均匀划分为互不重叠的若干子阵,在子阵内做基于ESB的自适应处理,然后将子阵级导向矢量向信号子空间投影作为权矢量,完成子阵级波束形成。本文算法作为一种降维自适应波束形成方法,不仅所需运算量小,而且通过计算机仿真验证了此算法能够在小快拍数条件下收敛,并对指向误差和阵列幅相误差具有良好的稳健性。


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